[发明专利]一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺

说明书

技术领域

本发明涉及汽车覆盖件模具热处理工艺，尤其涉及一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺。

背景技术

汽车覆盖件模具是汽车生产的关键性设备，多数比较大，其表面热处理强化多采用表面淬火的方法，表面淬火的方法有火焰淬火、感应淬火和激光淬火。

火焰淬火按其使用的气体不同可分为乙炔火焰淬火和丙烷火焰淬火。采用丙烷火焰淬火可以跟水，用以减少模具变形和提高模具的硬度。

感应淬火采用10～50kHz的超音频加热电源。它具有加热层深的优点，一般与表面硬度相同的淬硬层深度在2mm左右，缺点是变形大、易开裂。

激光淬火是近几年发展起来的表面淬火技术。它具有淬硬层薄、硬度高、韧性好和位置确定等特点。其最大优点是淬火后模具变形小，可以重复几次淬火，缺点是激光能量利用率低、淬硬层深度较浅，约为0.5mm，界面处正好是激光回火软化带，极易萌生疲劳裂纹，淬火质量难以保证。中国专利CN101109032公开的一种名称为“一种汽车模具激光淬火硬化处理的工艺”的发明专利申请，该专利申请是汽车模具表面激光淬火的典型工艺。

发明内容

本发明的目的是为了提高背景技术中激光淬火工艺的淬火质量，提出一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，使其能提高工件表面淬硬层深度和硬度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，该工艺首先在模具表面涂覆一层涂层；然后利用CO₂激光器发出的激光扫描涂有涂层的模具表面；最后清除模具表面的涂层，其特征在于，所述涂层的涂料采用60～70％重量Al₂O₃颗粒、10～22％重量ZrO₂颗粒和12～20％重量SiO₂颗粒，用涂料重量的20～50％水分散均匀后，涂覆在模具表面。

在上述方案中，所述涂层的的厚度可以为0.01～0.1MM。

在上述方案中，所述涂层涂料的粒径最好不大于1μM。

在上述方案中，所述CO₂激光器的功率可以为600～5000W。

在上述方案中，所述激光扫描速度最好为4～30MM/S。

本发明所述的激光淬火工艺是在急热急冷过程中进行的，通过具有足够功率密度的激光束的照射，快速加热工件表面使其达到相变温度以上，工件材料内部则保持冷却状态，在停止加热后，由于热传导使工件表面急速冷却，从而达到淬火目的，获得传统方法无法得到的组织性能，如晶粒细化、高位错密度等，从而较之传统热处理方法具有更高的表面硬度和耐磨性，模具寿命提高一倍以上。

尤其是本发明采用特殊的涂层，涂层涂料的粒径与CO₂激光器的激光波长相匹配，提高了激光能量利用率和工件表面淬硬层深度，激光利用率比传统吸光剂高30％，激光淬火层表面硬度均匀(±HRC2)，淬火层达0.8-1.8mm。从而大幅提高工件表面机械性能，使激光硬化层硬度提高，耐磨性得到提升，尤其是疲劳抗力具有极大的提高。因工件在疲劳载荷作用下，次表面(距表面约0.5mm)处应力最大，而传统涂料的激光淬火层深约为0.5mm，界面处正好是激光回火软化带，极易萌生疲劳裂纹。

经申请人多次试验发现，用本发明所述的激光淬火工艺处理后的工件表面，磨、车削刀纹有明显的减轻或消失。

另外，由于本发明采用涂层选用熔点较高的Al₂O₃和ZrO₂，经激光扫描后与基材无粘结现象，激光淬火后，容易去除，且淬火层表面呈光亮状态。该涂层涂料刷涂、喷涂工艺性极佳，涂层均匀，对工件表面状态无严格要求。

综上所述，本发明所述的激光淬火工艺可替代传统高频/中频淬火、火焰表面淬火等工艺，获得毫米级深的淬硬层，淬硬层硬度高且均匀、工艺重复性好，工件保持高的压应力状态，可广泛应用于冶金、化工和重型机械装备等领域，显着提高工件的使用寿命。适合于多种材料制备模具的激光表面淬火，如45#、40Cr、空冷钢、Cr12系列模具、SKD11、灰铁、球铁等。

附图说明

图1是两种涂料在不同扫描速度下的淬火层深曲线对比图。

图2两种涂层激光淬硬层硬度分布曲线对比图。

具体实施方式

实施例1：采用45#中碳钢为基材，进行激光淬火试验。